一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置的制作方法

1.本发明涉及一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，属于航空气动力风洞试验技术领域。


背景技术：

2.空气动力学是发展航空航天技术及其他工业技术的一门基础科学，风洞实验是空气动力学研究的基本方法之一。试验段和模型支架段是风洞的重要部件之一，试验段是模型进行风洞试验场所，模型支架段是安装模型和保障模型试验姿态的重要机构，试验段的流产品质、模型支架段的功能是风洞实验获得可靠结果的重要保障。
3.在暂冲式风洞的超音速试验中，开车时模型受到的冲击载荷较大，需要有模型保护机构。但模型保护机构为模型支架，且采用连杆机构形式时，还需要解决模型转动过程中位置的移动问题。
4.因此，亟需设计一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置来满足风洞试验使用要求，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明研发目的是为了在暂冲式风洞的超音速试验中，开车时模型受到的冲击载荷较大，需要有模型保护机构，且采用连杆机构形式时，还需要解决模型转动过程中位置的移动问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
6.本发明的技术方案：一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，包括风洞试验段和模型支架段，风洞试验段的下游端为超扩段，超扩段安装有模型支架段，所述模型支架段包括平衡气缸、杠杆、托板、接头、直线导轨、转臂、传动杆、第一连杆、第一转轴、第二连杆、第二转轴和伺服电动缸，第一连杆、第二连杆、接头和转臂组成四连杆机构，并通过第一转轴和第二转轴安装在托板上，托板通过直线导轨与超扩段建立滑动连接，伺服电动缸和平衡气缸并排固定安装于超扩段上，且二者的输出端均与托板顶部建立连接，杠杆转动安装在托板上，杠杆一端转动安装在超扩段上，另一端与传动杆一端铰接，传动杆另一端与转臂铰接，接头端部穿过超扩段入口后探入风洞试验段内部。
7.优选的：所述风洞试验段包括驻室、插件和定位机构，插件设置于驻室内部，驻室的前后两端分别通过定位机构与位于风洞试验段上下游的外接部件建立连接。
8.优选的：所述驻室包括壳体、弹簧支座、中间梁、架车、液压缸、导轨和轨道，架车上设置有导轨，中间梁与导轨建立滑动连接，液压缸两端分别与中间梁和架车建立连接，中间梁顶部通过弹簧支座安装有壳体，插件通过轨道设置于壳体内部。
9.优选的：所述插件包括壁板角调节机构、上下壁板、侧壁板、前端板、车轮、光学窗、
小光学窗和半模机构，上下壁板和侧壁板共同构成矩形框架结构，并设置于驻室内部，上下壁板和侧壁板上均设有光学窗和小光学窗，侧壁板底部具有车轮，侧壁板上设置有半模机构，上下壁板前侧通过前端板与驻室前侧建立连接，上下壁板后侧通过壁板角调节机构与驻室后侧建立连接。
10.优选的：所述定位机构包括定位销、耳片、销座、定位液压缸，定位销顶部安装有定位液压缸，耳片插入销座内部，定位销底部探入销座后，穿过位于销座内部的耳片。
11.优选的：所述驻室上设置有扶梯及工作平台。
12.优选的：所述风洞试验段包括第二前端板、第二后端板、第二侧壁板、第二架车、定位机构、第二上壁板、第二下壁板、第二上腔壁板、第二下腔壁板、第二调节机构、第二上驻室、第二下驻室和模型保护机构，第二上壁板、第二下壁板和第二侧壁板共同构成模型的试验区域，第二侧壁板、第二上壁板及第二上腔壁板组成试验区域的第二上驻室，第二侧壁板、第二下壁板及第二下腔壁板组成试验区域的第二下驻室，试验区域的前后两端分别固定安装有第二前端板和第二后端板，第二前端板和第二后端板均通过定位机构分别与位于风洞试验段上下游的外接部件建立连接，试验区域底部设置有第二架车，第二上壁板和第二下壁板的后侧分别通过第二调节机构与第二后端板建立连接，第二上驻室和第二下驻室内分别对称布置安装有模型保护机构，模型保护机构端部分别探出第二上驻室和第二下驻室布置于试验模型的上下两侧。
13.本发明具有以下有益效果：1.本发明的风洞试验段可分别应用于亚跨声速试验和超音速试验，两个试验共用一个模型支架段，使整个风洞试验装置综合性更强，结构更加灵活，提升其实用价值；2.本发明在进行超音速试验时，设置模型保护机构的目的是，在风洞启动后，实时保护模型，避免在暂冲式风洞的超音速试验中，开车时试验模型受到的冲击载荷较大，造成损害，影响试验结果数据；3.本发明的模型支架综合采用了升降托板、杠杆机构原理和四连杆机构原理，使试验模型在转动的过程中能够保证上下移动，使试验模型的转心保持在风洞轴线上，同时试验模型转心在轴线方向的移动也控制在一定范围内，从而使试验模型始终位于最优流场区域，实现了亚跨超声速时模型均可利用最优流场区域进行试验的目的。
附图说明
14.图1是本发明实施例一的配合安装图；图2是本发明实施例一的风洞试验段的立体图；图3是本发明实施例一的风洞试验段的侧视图；图4是本发明实施例一的风洞试验段的主视图；图5是本发明实施例一的风洞试验段的后视图；图6是本发明实施例一的插件立体图；图7是本发明实施例一的定位机构的配合安装图；图8是本发明实施例二的配合安装图；图9是本发明实施例二的风洞试验段的立体图；图10是本发明实施例二的风洞试验段的配合安装图；
图11是本发明的模型支架段的结构示意图；图12是本发明的模型支架段的使用状态图。
15.图中：1-0-风洞试验段，2-0-模型支架段，1-驻室，2-插件，3-定位机构，4-壳体，5-弹簧支座，6-中间梁，7-架车，8-液压缸，9-扶梯及工作平台，10-导轨，11-轨道，12-壁板角调节机构，13-上下壁板，14-侧壁板，15-前端板，16-车轮，17-光学窗，18-小光学窗，19-半模机构，20-定位销，21-耳片，22-销座，23-定位液压缸，24-第二前端板，25-第二后端板，26-第二侧壁板，27-第二架车，28-伺服电动缸，29-第二上壁板，30-第二下壁板，31-第二上腔壁板，32-第二下腔壁板，33-第二调节机构，34-第二上驻室，35-第二下驻室，36-模型保护机构，37-平衡气缸，38-杠杆，39-超扩段，40-托板，41-试验模型，42-接头，43-直线导轨，44-转臂，45-传动杆，46-第一连杆，47-第一转轴，48-第二连杆，49-第二转轴。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
17.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
18.实施例一：结合图1-7和图11-12说明本实施例，本实施例的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，包括风洞试验段1-0和模型支架段2-0，风洞试验段1-0的下游端为超扩段39，超扩段39安装有模型支架段2-0；在进行亚跨声速试验时，所述风洞试验段1-0为跨声速试验段，其包括驻室1、插件2和定位机构3，插件2设置于驻室1内部，驻室1的前后两端分别通过定位机构3与位于风洞试验段1-0上下游的外接部件建立连接，跨声速试验段可以根据试验要求设计不同的插件2替换使用。
19.所述驻室1包括壳体4、弹簧支座5、中间梁6、架车7、液压缸8、导轨10和轨道11，架车7上设置有导轨10，中间梁6与导轨10建立滑动连接，液压缸8两端分别与中间梁6和架车7建立连接，中间梁6顶部通过四个弹簧支座5安装有壳体4，使试验段在前后定位机构的作用下完成精确定位，所述驻室1上设置有扶梯及工作平台9，用于上方的设备维护。插件2通过轨道11设置于壳体4内部，壳体4与中间梁6可在液压缸8作用下沿轴向移动，架车7可使壳体4与中间梁6沿垂直于轴线方向移动，以便进行试验段更换。
20.所述插件2包括壁板角调节机构12、上下壁板13、侧壁板14、前端板15、车轮16、光学窗17、小光学窗18和半模机构19，上下壁板13和侧壁板14共同构成矩形框架结构，并设置于驻室1内部，上下壁板13和侧壁板14上均设有光学窗17和小光学窗18，用于各种光学试验，侧壁板14底部具有车轮16，用于更换插件2，侧壁板14上设置有半模机构19，用于半模及
翼型试验，上下壁板13前侧通过前端板15与驻室1前侧建立连接，上下壁板13后侧通过壁板角调节机构12与驻室1后侧建立连接，壁板角调节机构12包括电机和螺旋升降机，电机驱动螺旋升降机实现伸缩运动，从而带动调节上下壁板13的相对位置。
21.在风洞试验段1-0的上下游两侧还连接有不同的外接部件，位于风洞试验段1-0上游的一般为喷管，风洞试验段1-0上游与喷管出口端面通过定位机构3建立连接，风洞试验段1-0下游也通过定位机构3与其他的外接部件建立连接。
22.所述定位机构3采用插拔销机构，其包括定位销20、耳片21、销座22、定位液压缸23，定位销20顶部安装有定位液压缸23，耳片21插入销座22内部，定位销20底部探入销座22后，穿过位于销座22内部的耳片21。
23.定位时，所述风洞试验段1-0前侧设置有耳片21，位于风洞试验段1-0上游的外接部件尾部从上至下依次安装有定位液压缸23和销座22，当风洞试验段1-0由液压缸8驱动向上游的外接部件尾部靠紧后，风洞试验段1-0前侧的耳片21插入外接部件尾部的销座22内部，定位液压缸23带动定位销20贯穿所述耳片21，实现风洞试验段1-0前侧于上游外接部件的定位安装，位于风洞试验段1-0下游的外接部件与其上游同理设置。
24.所述模型支架段2-0包括平衡气缸37、杠杆38、托板40、试验模型41、接头42、直线导轨43、转臂44、传动杆45、第一连杆46、第一转轴47、第二连杆48、第二转轴49和伺服电动缸28，第一连杆46、第二连杆48、接头42和转臂44组成四连杆机构，并通过第一转轴47和第二转轴49安装在托板40上，托板40通过直线导轨43与超扩段39建立滑动连接，即直线导轨43固定安装在壳体4上，托板40与直线导轨43滑动配合，伺服电动缸28和平衡气缸37并排固定安装于超扩段39上，且二者的输出端均与托板40顶部建立连接，杠杆38转动安装在托板40上，杠杆38一端转动安装在超扩段39上，另一端与传动杆45一端铰接，传动杆45另一端与转臂44铰接，接头42端部穿过超扩段39入口后探入风洞试验段1-0内部，并连接有试验模型41。工作时，采用伺服电动缸28驱动，通过杠杆38将运动传给托板40和传动杆45，使托板40沿直线滑轨43上下运动，传动杆45带动转臂44绕第二转轴49转动，通过连杆机构带动接头42转动，从而实现试验模型41攻角的连续变化。同时，在伺服电动缸28旁边增加平衡气缸37，可以平衡机构及托板的重量，减轻伺服电动缸28的负担，并在伺服电动缸28失控时防止机构突然坠下。
25.模型支架段2-0采用四连杆机构传动，提高传动机构的效率，采用了升降托板40、杠杆机构原理和四连杆机构原理，使试验模型41在转动的过程中能够保证上下移动，使试验模型41的转心保持在风洞轴线上，同时试验模型41转心在轴线方向的移动也控制在一定范围内，从而使试验模型41始终位于最优流场区域；采用伺服电动缸28驱动、高精度直线导轨43限位，保证模型支架段2-0转角精度，采用平衡气缸37平衡传动机构及托板40的重量，减轻伺服电动缸28的负担、并保护系统安全。
26.实施例二：结合图7-图12说明本实施例，本实施例的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，包括风洞试验段1-0和模型支架段2-0，风洞试验段1-0的下游端为超扩段39，超扩段39安装有模型支架段2-0；在进行超音速试验时，所述风洞试验段1-0为超声速试验段，其包括第二前端板24、第二后端板25、第二侧壁板26、第二架车27、定位机构3、第二上壁板29、第二下壁板30、第二上腔壁板31、第二下腔壁板32、第二调节机构33、第二上驻室34、第二下驻室35和模型
保护机构36，第二上壁板29、第二下壁板30和第二侧壁板26共同构成模型的试验区域，其中第二上壁板29和第二下壁板30壁板角可调，第二侧壁板26、第二上壁板29及第二上腔壁板31组成试验区域的第二上驻室34，第二侧壁板26、第二下壁板30及第二下腔壁板32组成试验区域的第二下驻室35，试验区域的前后两端分别固定安装有第二前端板24和第二后端板25，第二前端板24和第二后端板25均通过定位机构3分别与位于风洞试验段1-0上下游的外接部件建立连接，试验区域底部设置有第二架车27，第二上壁板29和第二下壁板30的后侧分别通过第二调节机构33与第二后端板25建立连接，通过第二调节机构33调节第二上壁板29和第二下壁板30的壁板角，模型保护机构36共2组，上下对称，第二上驻室34和第二下驻室35内分别对称布置安装有模型保护机构36的主体结构，模型保护机构36端部分别探出第二上驻室34和第二下驻室35布置于试验模型41的上下两侧，所述模型保护机构36包括电动缸和支撑抱臂，电动缸布置在第二上驻室34和第二下驻室35内部，支撑抱臂穿过第二上驻室34和第二下驻室35将试验模型41夹持抱住，在部分载荷较大的超音速试验开车时使用以保护模型，流场平稳后，支撑抱臂快速缩回第二上驻室34和第二下驻室35内部。
27.所述定位机构3与实施例一中的定位机构3相同，如图7所示，在风洞试验段1-0的上下游两侧还连接有不同的外接部件，位于风洞试验段1-0上游的一般为喷管，风洞试验段1-0上游与喷管出口端面通过定位机构3建立连接，风洞试验段1-0下游也通过定位机构3与其他的外接部件建立连接。
28.所述定位机构3采用插拔销机构，其包括定位销20、耳片21、销座22、定位液压缸23，定位销20顶部安装有定位液压缸23，耳片21插入销座22内部，定位销20底部探入销座22后，穿过位于销座22内部的耳片21。
29.定位时，所述风洞试验段1-0前侧设置有耳片21，位于风洞试验段1-0上游的外接部件尾部从上至下依次安装有定位液压缸23和销座22，风洞试验段1-0前侧的耳片21插入外接部件尾部的销座22内部，定位液压缸23带动定位销20贯穿所述耳片21，实现风洞试验段1-0前侧于上游外接部件的定位安装，位于风洞试验段1-0下游的外接部件与其上游同理设置。
30.所述模型支架段2-0包括平衡气缸37、杠杆38、托板40、试验模型41、接头42、直线导轨43、转臂44、传动杆45、第一连杆46、第一转轴47、第二连杆48、第二转轴49和伺服电动缸28，第一连杆46、第二连杆48、接头42和转臂44组成四连杆机构，并通过第一转轴47和第二转轴49安装在托板40上，托板40通过直线导轨43与超扩段39建立滑动连接，即直线导轨43固定安装在第二后端板25上，托板40与直线导轨43滑动配合，伺服电动缸28和平衡气缸37并排固定安装于超扩段39上，且二者的输出端均与托板40顶部建立连接，杠杆38转动安装在托板40上，杠杆38一端转动安装在超扩段39上，另一端与传动杆45一端铰接，传动杆45另一端与转臂44铰接，接头42端部穿过超扩段39入口后探入风洞试验段1-0内部，并连接有试验模型41。工作时，采用伺服电动缸28驱动，通过杠杆38将运动传给托板40和传动杆45，使托板40沿直线滑轨43上下运动，传动杆45带动转臂44绕第二转轴49转动，通过连杆机构带动接头42转动，从而实现试验模型41攻角的连续变化。同时，在伺服电动缸28旁边增加平衡气缸37，可以平衡机构及托板的重量，减轻伺服电动缸28的负担，并在伺服电动缸28失控时防止机构突然坠下。
31.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本
领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：包括风洞试验段（1-0）和模型支架段（2-0），风洞试验段（1-0）的下游端为超扩段（39），超扩段（39）安装有模型支架段（2-0），所述模型支架段（2-0）包括平衡气缸（37）、杠杆（38）、托板（40）、接头（42）、直线导轨（43）、转臂（44）、传动杆（45）、第一连杆（46）、第一转轴（47）、第二连杆（48）、第二转轴（49）和伺服电动缸（28），第一连杆（46）、第二连杆（48）、接头（42）和转臂（44）组成四连杆机构，并通过第一转轴（47）和第二转轴（49）安装在托板（40）上，托板（40）通过直线导轨（43）与超扩段（39）建立滑动连接，伺服电动缸（28）和平衡气缸（37）并排固定安装于超扩段（39）上，且二者的输出端均与托板（40）顶部建立连接，杠杆（38）转动安装在托板（40）上，杠杆（38）一端转动安装在超扩段（39）上，另一端与传动杆（45）一端铰接，传动杆（45）另一端与转臂（44）铰接，接头（42）端部穿过超扩段（39）入口后探入风洞试验段（1-0）内部。2.根据权利要求1所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述风洞试验段（1-0）包括驻室（1）、插件（2）和定位机构（3），插件（2）设置于驻室（1）内部，驻室（1）的前后两端分别通过定位机构（3）与位于风洞试验段（1-0）上下游的外接部件建立连接。3.根据权利要求2所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述驻室（1）包括壳体（4）、弹簧支座（5）、中间梁（6）、架车（7）、液压缸（8）、导轨（10）和轨道（11），架车（7）上设置有导轨（10），中间梁（6）与导轨（10）建立滑动连接，液压缸（8）两端分别与中间梁（6）和架车（7）建立连接，中间梁（6）顶部通过弹簧支座（5）安装有壳体（4），插件（2）通过轨道（11）设置于壳体（4）内部。4.根据权利要求3所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述插件（2）包括壁板角调节机构（12）、上下壁板（13）、侧壁板（14）、前端板（15）、车轮（16）、光学窗（17）、小光学窗（18）和半模机构（19），上下壁板（13）和侧壁板（14）共同构成矩形框架结构，并设置于驻室（1）内部，上下壁板（13）和侧壁板（14）上均设有光学窗（17）和小光学窗（18），侧壁板（14）底部具有车轮（16），侧壁板（14）上设置有半模机构（19），上下壁板（13）前侧通过前端板（15）与驻室（1）前侧建立连接，上下壁板（13）后侧通过壁板角调节机构（12）与驻室（1）后侧建立连接。5.根据权利要求4所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述定位机构（3）包括定位销（20）、耳片（21）、销座（22）、定位液压缸（23），定位销（20）顶部安装有定位液压缸（23），耳片（21）插入销座（22）内部，定位销（20）底部探入销座（22）后，穿过位于销座（22）内部的耳片（21）。6.根据权利要求5所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述驻室（1）上设置有扶梯及工作平台（9）。7.根据权利要求1所述的一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，其特征在于：所述风洞试验段（1-0）包括第二前端板（24）、第二后端板（25）、第二侧壁板（26）、第二架车（27）、定位机构（3）、第二上壁板（29）、第二下壁板（30）、第二上腔壁板（31）、第二下腔壁板（32）、第二调节机构（33）、第二上驻室（34）、第二下驻室（35）和模型保护机构（36），第二上壁板（29）、第二下壁板（30）和第二侧壁板（26）共同构成模型的试验区域，第二侧壁板（26）、第二上壁板（29）及第二上腔壁板（31）组成试验区域的第二上驻室（34），第二侧壁板（26）、第二下壁板（30）及第二下腔壁板（32）组成试验区域的第二下驻室（35），试验区域
的前后两端分别固定安装有第二前端板（24）和第二后端板（25），第二前端板（24）和第二后端板（25）均通过定位机构（3）分别与位于风洞试验段（1-0）上下游的外接部件建立连接，试验区域底部设置有第二架车（27），第二上壁板（29）和第二下壁板（30）的后侧分别通过第二调节机构（33）与第二后端板（25）建立连接，第二上驻室（34）和第二下驻室（35）内分别对称布置安装有模型保护机构（36），模型保护机构（36）端部分别探出第二上驻室（34）和第二下驻室（35）布置于试验模型（41）的上下两侧。

技术总结
一种同时使用亚跨超声速流场最优区的风洞试验装置，属于航空气动力风洞试验技术领域。其包括风洞试验段和模型支架段，风洞试验段的下游端为超扩段，超扩段安装有模型支架段，风洞试验段可分别应用于亚跨声速试验和超音速试验。本发明研发目的是为了在暂冲式风洞的超音速试验中，开车时模型受到的冲击载荷较大，需要有模型保护机构，且采用连杆机构形式时，还需要解决模型转动过程中位置的移动问题，本发明采用的风洞试验段可分别应用于亚跨声速试验和超音速试验，同时二者共用一个模型支架段，使整个风洞试验装置综合性更强，结构更加灵活，提升其实用价值。提升其实用价值。提升其实用价值。


技术研发人员：王颖 邢汉奇 刘广宇 刘帅 鲁文博 崔晓春
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/7/21